一、幾個問題
在提出問題之前，先創建一個使用場景，發送方（甲方）要給接收方（乙方）發送投標書。大家知道，投標書都包括發送方的標的，這個標的是不能被競標者知曉，更不能被競標者修改的。在傳輸的投標書時，提出了以下三個問題：
1、怎么保證發送方（甲方）發送的投標書不泄密給攻擊者呢
2、在傳輸過程中，攻擊者雖然解密不了密文，但是對密文進行編輯，比如截掉了一段信息，加上了一段亂碼，怎么辦？在這個場景中，舉一個極端的例子，修改了標的，怎么辦
3、接收者（乙方）接到了投標書，怎么確定是甲方發出的呢？就是說甲方抵賴，說沒有發送過這樣的一份標書怎么辦？
帶着這三個問題，來學習一下對稱加密技術、非對稱加密機制、Hash函數等密碼學基礎理論。
一、基本概念
保密性：防止信息泄露給未授權個人、實體，信息僅被合法用戶使用的特性。
完整性：是指所有資源只能由授權方或以授權的方式修改，即信息未經授權不能進行改變的特性。
可用性：是指所有資源在適當的時候可以由授權方訪問，即信息可被授權實體訪問並按需求使用的特性
不可否認性：也就是不可抵賴性，確認發送方是發送方本人的特性。
信道的傳輸 模型如下圖一。
二、第一個問題：怎么保證保密性呢？
很顯然，加密！
對於較大文件，需要使用對稱加密算法。
在對稱加密算法中，數據發送方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密算法處理使其變成復雜的加密密文，然后在信道中傳輸。
接收方收到密文后，需要使用同一個密鑰及加密算法的逆算法對密文進行解密，得到明文。
在對稱加密算法中，使用的密鑰只有一個，收發雙方使用同一個密鑰對數據進行加密和解密，這就要求解密方事先知道加密密鑰。
如果攻擊者截獲了在信道中傳輸的信息了，由於攻擊者沒有密鑰，沒辦法得到明文，也就是標書，這就保證了數據的保密性。
對稱加密算法的優點：對稱密鑰保密，算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。
對稱加密算法的缺點：怎樣安全無誤地將對稱密鑰傳輸給接收方？這是對稱加密算法的天生的缺點，胎里帶來的。
圖二：對稱加密技術的原理圖
2.2對稱加密的算法
對稱加密的算法包括兩種，一種是分組加密，包括DES、AES、SM4算法等；
另一種是序列密碼，包括RSA密碼、ElGamal密碼、SM2橢圓曲線公鑰加密算法等。
2.3對稱加密的問題
對稱加密算法最大的問題，就是怎樣安全無誤地將密鑰傳輸給接收方？
三、第二個問題：怎樣傳輸對稱加密算法的密鑰K呢？
實際上，圖一中安全信道是不存在的，如果有安全信道，那么就不需要加密了，直接把明文丟進安全信道內，一切都解決了。這樣的安全信道是不存在的。那么怎樣傳輸對稱加密技術中的密鑰呢？在此我們引入了另一項加密技術，公鑰密碼體制。公鑰是指公開的密鑰。
在對稱加密技術中，發送方和接收方公用一套密鑰，而公鑰密碼技術中，發送方和接收方分別有公鑰和私鑰，公鑰公開，私鑰只有自己知道，並且公鑰和私鑰是成對的，可以並且只能相互加解密。原理見圖三。
圖三 非對稱加密技術
公鑰密碼算法，由於加密、解密的密鑰不同，也叫作非對稱加密算法。
在公鑰密碼體制中，發送方和接收方都有兩套密碼，一套公鑰，一套私鑰。也就是說發送方有自己的公鑰、私鑰和接收方的公鑰。接收方有自己的公鑰、私鑰和發送方的公鑰。公鑰和私鑰互為加解密密鑰。也就是說用公鑰加密可以用同一方的私鑰解密；用私鑰加密，可以用同一方的公鑰解密。
對稱加密算法簡單，加解密密鑰相同且密鑰較短，並且需要傳輸密鑰，因此安全性較弱，加密耗時短，常用來加密大數據。
非對稱加密算法，算法復雜，密鑰相對於對稱加密算法比較長，因此安全性強，加密耗時時間也長，適合加密少量數據。那么可以用對稱加密技術加密真正的明文（通常是大數據），而后用非對稱加密技術加密對稱加密的密鑰（通常數據量較少），這樣綜合利用兩種加密技術，配合堪稱完美。這就是數字信封技術。相當於將對稱加密的密鑰放在一個安全的信封內，在信道中傳輸。
圖4 數字信封技術
第三個問題：怎么保證不可否認性呢？怎么樣保證是甲方發送的標書，如果有人冒充甲方用同樣的加密算法加密了一份假的標書，發送給乙方，乙方誤認為是甲方發送的，甲方怎么證明不是自己發送的呢？或者甲方發給了乙方一份標書，后續又否認自己發過這份標書，這樣的情況怎樣用技術避免呢？
在現實場景中，可以用手工簽名保證不可否認，同樣在網絡場景中，可以用數字簽名來確保不可否認性。
在公鑰密碼體制中，發送方和接收方都有公鑰和私鑰，公鑰是公開的，私鑰只有自己知道。如果用發送方的私鑰加密，用公鑰解密，就可以確保是發送方本人發送的，不是偽造的。這就是數字簽名技術，也是公鑰密碼體制的另一個應用：認證。原理見圖5。
圖5 數字簽名技術
提出一個問題：公鑰密碼體制加密算法復雜，加密時間較長，不適合加密大數據，那么用發送方的私鑰加密標書明文需要很長時間，怎么樣解決這樣的問題呢？
第四個問題：怎么樣知道標書的密文在傳輸過程中沒有被攻擊者篡改呢？
攻擊者截獲了密文，由於不知道密鑰，沒辦法解密，看不到標書的明文；但是可以修改密文，添加一段亂碼或者截掉一段密文，尤其截掉的密文是標的時。那么怎樣知道在傳輸的過程中，信息有沒有被修改過呢？在這里再次引入一個函數，散列函數，也就是常說的Hash函數。Hash函數可以將任意長度的輸入，映射成固定長度的輸出h，輸出h稱作報文摘要，輸出的位數要比輸入的位數小很多。
Hash函數的定義：Hash函數將任意長度的輸入M映射成固定長度的輸出hash碼h。
定義中有兩個點：①任意長度的輸入②固定長度的輸出。
為什么Hash函數可以知道密文在傳輸過程中沒有被篡改呢？這就牽扯到Hash函數的兩個特性
①無論是多長的輸入，改變輸入的任意一位或者多位，都會導致輸出的改變。也就是說是不存在x、y，x不等於y，但是x、y的hash值是一樣的。在傳輸的過程中，如果改變了密文的任一位，那么解密出來的明文的Hash值和原來的Hash值是不一樣的，接收方就可以知道密文在信道中被篡改了。
②Hash函數的單向性。也就是由Hash值不能得到相應的報文。如果Hash函數不具有單向性，攻擊者截獲了明文的Hash值之后，就可以得到明文了，Hash函數也就失去了保證報文完整性的基礎。
使用Hash函數保證數據的完整性、可用性原理件圖三。
步驟：
①對標書明文，用對稱密鑰K進行對稱加密，形成密文
②對標書明文求Hash值，步驟①和步驟②可以互換
③將標書的Hash值拼接在密文后面，形成新的密文，在信道上傳輸
④接收方收到拼接成的密文后，先將密文和Hash值分開，用對稱密鑰K進行解密，得到標書的明文
⑤對步驟④中得到的明文求Hash值
⑥將步驟⑤中的Hash值和步驟④中的原始Hash值進行比較，
綜上所述，我們運用了對稱加密算法、非對稱加密算法（加密、認證兩個功能）、數字信封技術、Hash函數等技術保證了標書在傳輸過程中的保密性、完整性、不可否認性。